LARUS Segelflug-Sensoreinheit
1.050,00 € – 1.800,01 €
inkl. MwSt. plus Versandkosten
LARUS Sensoreinheit mit Gehäuse und Elektronik. Zur Anzeige der Daten wird ein separates Anzeigegerät benötigt wie z.B. ein OpenVario oder ein Bluetooth-fähiges Gerät mit XCSoar.
- LARUS Sensoreinheit im schwarz eloxierten Aluminiumgehäuse
- 1 GNSS-Antenne (Essential) bzw. 2 GNSS-Antennen (Dual-GNSS)
- Befestigungsschrauben und Muttern aus Messing
- 2 Befestigungsschellen
- 4 Gb Micro SD-Karte mit Adapter
- RJ45 Kabel 1 m
Lieferzeit: 5-7 Werktage
High-End Variometer. Präzise Echtzeit-Windermittlung. Künstlicher Horizont.
Die Larus Sensoreinheit geht in Serie und ist jetzt in der Essential oder Dual-GNSS Variante bei SteFly erhältlich!
Nach mehreren Jahren Entwicklung und Erprobung durch das LARUS-Projektteam um Dr. Klaus Schäfer, Horst Rupp und Maximilian Betz wird das High-End Variometer nun in Serie in Lizenz produziert.
Die Philosophie: besser messen als schätzen!
Denn durch hochpräzise Sensoren und GNSS-Empfänger kombiniert mit ausgeklügelten Algorithmen lässt sich Thermik und Wind in Richtung und Stärke blitzschnell und überaus zuverlässig berechnen.
Wie funktioniert LARUS?
Kurz gesagt: Daten aus einem (oder zwei) GNSS-Empfänger(n), einer IMU (inertiale Messeinheit) sowie von Drucksensoren für statischen Druck und Staudruck werden in der LARUS-Sensoreinheit mittels spezieller Algorithmen kombiniert und ausgewertet. Die Ergebnisse werden mittels serieller Schnittstelle oder Bluetooth an ein Anzeigegerät übergeben. So sind bspw. alle OpenVarios, oder auch andere Geräte auf denen XCSoar läuft, mit der LARUS Sensoreinheit kompatibel.
Prinzipiell berechnet LARUS:
- Das fahrtkompensierte Steigen oder Sinken (Variometer)
- Die horizontale Windgeschwindigkeit als Momentanwert (Live / Echtzeitwind) und über einen einstellbaren Zeitraum gemittelten Wert (z.B. 30 s)
- Die Fluglage für die Anzeige in einem künstlichen Horizont
- Die Druckhöhe / Flight-Level FL
- Die wahre Fluggeschwindigkeit (TAS)
- Den Kurs über Grund (Track)
- Den Drift-Winkel (Differenz aus Track und Heading)
LARUS hat in der Essential-Version standardmäßig einen präzisen GNSS-Empfänger mit einer externen aktiven Antenne verbaut. In der LARUS Dual-GNSS Version arbeitet dagegen ein hochpräziser Dual-Band Empfänger mit zwei aktiven, Mehrfrequenzband-Antennen.
Zentrale Komponenten der LARUS-Sensorbox und deren Aufgabe im Detail
GNSS
In den letzten Jahren wurde die Ortsbestimmung mittels GNSS (Globales Navigationssatellitensystem) um ein Vielfaches genauer. Dadurch, dass GNSS neben GPS-Satelliten auch Satelliten von GLONASS, Galileo und BeiDou einbezieht, können die in der LARUS-Sensorbox verbauten modernen GNSS-Empfänger eine horizontale Positionsgenauigkeit von 1,5 – 2 m erreichen. Zusätzlich wird die Geschwindigkeit über Grund dreidimensional gemessen und zur Stützung der Fluglage-Messung und als eine Messgröße für das Variometer verwendet.
Die Genauigkeit der Geschwindigkeitsmessung beträgt:
- LARUS Essential mit uBlox M9N Einfrequenz-Empfänger und GNSS-Antenne: horizontal ca. 0,1 km/h; vertikal ca. 5 cm/s
- LARUS Dual-GNSS mit uBlox F9P Dual-GNSS-Empfänger: horizontal ca. 0,05 km/h; vertikal ca. 2,5 cm/s
IMU
Inertial Measurement Unit (IMU) bezeichnet eine inertiale Messeinheit, die mehrere Inertialsensoren miteinander kombiniert. LARUS setzt dabei auf die hochwertige IMU XSENS MTi-1. Sie misst jeweils dreidimensional Beschleunigung, Drehrate und magnetische Flussdichte.
Aus diesen Daten wird durch Vergleich mit den Geschwindigkeitsdaten des GNSS die Fluglage berechnet (AHRS-Funktion).
Beim Kreisflug wird durch einen Vergleich der Beschleunigung (ermittelt aus der Flugbahn durch die GNSS-Positionen) und vom AHRS das Heading zeitaufgelöst bestimmt. Dazu ist kein Magnetkompass nötig. Automatisch bestimmt die Larus-Sensoreinheit beim Kreisflug die Kalibrierung des Magnet-Kompasses, sodass dieser anschließend im Geradeausflug zur Messung des magnetischen Steuerkurses verwendet werden kann. Zusammen mit der einstellbaren magnetischen Missweisung kann so das True-Heading (relativ zu rechtweisend Nord) mit einer Genauigkeit von etwa 1-2 Grad gemessen werden.
Bei LARUS Dual-GNSS kann durch die Verwendung eines D-GNSS-”Kompasses“ (2 gekoppelte Differential-GNSS-Empfänger, hier uBlox F9P) die Genauigkeit des Steuerkurses auf ca. 0,05 Grad verbessert werden.
Die Messung der Fluglage kann für einen künstlichen Horizont sowie zur präzisen Anzeige des momentanen Drift-Winkels (Track – Heading) verwendet werden.
Drucksensoren
Die Larus-Sensorbox enthält Drucksensoren zur Messung von statischem Druck und Staudruck. Der statische Druck wird für die Anzeige der Druckhöhe und des Flight-Level FL benötigt. Zudem wird er bei der Bestimmung der Luftdichte herangezogen.
Aus dem Staudruck wird die angezeigte Fluggeschwindigkeit IAS gebildet.
Die Berechnung der wahren Fluggeschwindigkeit TAS erfolgt aus der angezeigten Fluggeschwindigkeit unter Berücksichtigung der momentanen Luftdichte. Auf die Luftdichte schließt Larus dabei in Echtzeit durch den Vergleich der GNSS-Höhe mit der Druckhöhe, ohne dass die Temperatur oder Luftfeuchte gemessen werden muss. Mithilfe der TAS berechnet LARUS anschließend die Windgeschwindigkeit.
Beschreibung der Algorithmen
- Im Geradeausflug beträgt der Zeitraum für den Kurzzeit-Wind 5 s und für den Langzeit-Wind 30 s (Standardeinstellung; beide Zeiten sind konfigurierbar)
- Im Kreisflug ist der Kurzzeit-Wind der Mittelwert des letzten Kreises, während der Langzeit-Wind der akkumulierte Mittelwert über die gesamte Zeit der letzten Kreisflug-Phase ist
Berechnung der (Echtzeit-) Windgeschwindigkeit
LARUS bestimmt aus der dreidimensionalen Differenz zwischen Grundgeschwindigkeit und Fluggeschwindigkeit die Windgeschwindigkeit. Ausgegeben wird sowohl ein Kurzzeit-Mittelwert und ein Langzeit-Mittelwert. Die Zeiträume unterscheiden sich wie folgt:
Durch einen speziellen Algorithmus werden Abweichungen im Kreisflug, die aus einer Anstellwinkeländerung resultieren, erkannt und eliminiert.
Variometer
Der LARUS-Sensor verwendet einen Kalmanfilter zur Zusammenführung der Messwerte des GNSS-Höhenmessers, des GNSS-Geschwindigkeitsmessers und der von der inertialen Messeinheit (IMU) ermittelten Vertikalbeschleunigung.
Dieser Algorithmus hat praktisch keinerlei Trägheit und liefert verzögerungsfrei und ohne Verwendung von Druckmesswerten ein hochgenaues (unkompensiertes) Variometer.
Die Fahrtkompensation wird über eine Differentiation der Geschwindigkeit durch die Luft gebildet. Hierfür werden die Grundgeschwindigkeit des GNSS sowie die gemittelte horizontale Windgeschwindigkeit herangezogen, um die kinetische Energie der dreidimensionalen Bewegung zu berechnen.
Einfluss der Steuerkursgenauigkeit auf die Windberechnung im Vorwärtsflug
Wie oben beschrieben erreicht man mit LARUS Essential (uBlox M9N Einfrequenz-Empfänger) eine bereits hohe Steuerkursgenauigkeit von 1-2° (bei optimalen Einbaubedingungen, siehe unten)
Demgegenüber ist die Genauigkeit bei der Bestimmung des Steuerkurses bei der Dual-GNSS-Variante mit 0,05 ° überragend. Dies ist besonders bei hoher Fluggeschwindigkeit im Geradeausflug von Vorteil. Wie das Winddreieck veranschaulicht, entsprechen 2° bei einer Fluggeschwindigkeit von 200 km/h einer Ungenauigkeit der Seitenwindkomponente von 7 km/h, während 0,05 ° nur einer Ungenauigkeit von 0,2 km/h entsprechen.
Die Dual-GNSS-Version wird zudem in ihrer Genauigkeit nicht in dem Maße wie LARUS Essential beeinflusst, falls sich Eisenteile oder Magnetfelder in der Umgebung der LARUS Sensoreinheit aufgrund der Einbausituation nicht vermeiden lassen. Durch die zwei GNSS-Empfänger fließen die Messwerte aus der IMU nur zu einem kleineren Teil in den Algorithmus.
Einbauhinweise
Kurz zusammengefasst:
- Sensoreinheit absolut fest montieren, sodass sich die Position der Sensoreinheit bzgl. der Flugzeugstruktur bei Einwirkung von Beschleunigungskräften nicht ändert
- Die LARUS-Box muss so weit wie möglich von Magnetfeldern und größeren Eisenteilen entfernt positioniert werden
- Die Einbaulage der LARUS-Box ist in alle Orientierungen möglich und muss nur in der Konfigurationsdatei „sensor_configuration.txt“ angepasst werden. Wir empfehlen trotzdem bei der Montage die Orientierung bzgl. der Flugzeuglängsachse entsprechend des auf dem LARUS Gehäuse gedruckten Koordinatensystems zu wählen. Idealerweise wird die LARUS-Sensoreinheit zudem so im Flugzeugrumpf montiert, dass sie im Normalflug in etwa horizontal ausgerichtet ist.
- Die GNSS-Antennen müssen so montiert werden, dass ein „Sichtkontakt“ zu möglichst vielen Satelliten besteht. Daher sind sie im Instrumentenbrett oder der Rumpfröhre in Fluglage in etwa horizontal und oberhalb von elektrisch leitfähigen Materialien anzubringen. Zu den elektrisch leitfähigen Materialien zählt auch CFK.
Erläuterungen zu LARUS Essential
Voraussetzung für eine hohe Genauigkeit von LARUS Essential ist, dass der störende Einfluss von Magnetfeldern in der Umgebung der Sensoreinheit minimiert wird. Diese Maßnahme hat bei LARUS Essential einen besonders hohen Stellenwert. Insbesondere die inertiale Messeinheit IMU, die u.a. die magnetische Induktion misst, wird durch Magnete, veränderliche Magnetfelder oder Eisenteile in der korrekten Arbeitsweise stark beeinträchtigt. Wir empfehlen, den Abstand der LARUS-Sensoreinheit insbesondere zu Lautsprechern und Magneten (oft in GPS / GNSS-Antennen enthalten, einfach mit Magneten überprüfen) so groß wie möglich (mind. 20 cm) zu wählen. Zudem sollten die Befestigungselemente im direkten Umfeld des Sensors aus Edelstahl, Messing, Kunststoff, Aluminium oder Faserverbundwerkstoffen bestehen und auf die üblichen Schrauben und Muttern aus Stahl verzichtet werden. Eisenteile sind ungeeignet, da sie bei jeder Bewegung des Flugzeugs ein veränderliches Störfeld erzeugen.
Die GNSS-Antenne ist dagegen nicht auf Magnetfelder sensitiv.
Erläuterungen zu LARUS Dual-GNSS
Bei LARUS Dual-GNSS ist dagegen wichtig, dass die beiden GNSS Empfänger einen Abstand von mind. 1,0 Metern zueinander aufweisen.
Die Master-GNSS-Antenne sollte etwa über dem Flugzeugschwerpunkt an der Rumpfröhreninnenseite befestigt werden (Gepäckraum / Ende der Haube). Denn je kürzer der Abstand der Antenne zum Schwerpunkt als gleichzeitigem Drehpunkt des Flugzeugs um die Querachse ist, desto geringer ist der Einfluss von Nickbewegungen (Ziehen oder Drücken am Knüppel) auf die gemessene Höhe.
Die zweite Antenne (Slave-GNSS-Antenne) wird dagegen auf Höhe des Instrumentenbretts bzw. davor in der Flugzeugnase montiert.
Für alle GNSS-Antennen ist wichtig, dass das Laminat oberhalb der Antennen aus GFK und nicht aus CFK besteht, da ansonsten aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit von Kohlenstofffasern die Dämpfung zwischen GNSS Satellit und Empfänger im Flugzeug zu groß wäre. Bei Flugzeugen mit CFK-Rumpf kann allerdings auch eine Montage der Antennen im vorderen und hinteren Bereich der Haube in Betracht gezogen werden, sofern die Antennen dann einen ausreichenden Abstand (ca. 1,0 m) zueinander aufweisen.
Wie werden die Informationen in XCSoar dargestellt?
OpenSoar mit LARUS-Treiber
Um die Ergebnisse der Berechnungen von Steigwerten, Wind und Lage im Raum übersichtlich darzustellen, hat Uwe Augustin einen Treiber für LARUS in OpenSoar eingebunden. Die aus XCSoar bekannte Variometerdarstellung greift dadurch auf die präzisen LARUS-Daten zurück. XCSoar erzeugt weiterhin den Vario-Sound, wobei derzeit noch keine Speed-to-Fly-Option implementiert ist.
Dass LARUS an Bord ist verraten beim Blick auf das Display insbesondere zwei separate Windpfeile, die direkt in der Moving Map dargestellt werden. So werden Richtung und Stärke des Momentanwindes und des über einen längeren Zeitraum gemittelten Windes visualisiert. Zudem stehen neue windbezogene Infoboxen zur Verfügung.
Eine Neuheit ist auch der künstliche Horizont, der auf einer separaten Seite in OpenSoar eingeblendet wird. Er ist z.B. hilfreich, um nach der Montage der Sensoreinheit die korrekte Funktion und Kalibrierung der IMU zu überprüfen.
Link zu OpenSoar: https://opensoar.de/releases/
LARUS-Anzeige in einem separaten Rundinstrument
Dank OpenSoar ist es möglich, einen Großteil des Funktionsumfanges von LARUS schon jetzt zu nutzen. Benötigt wird nur ein OpenVario bzw. ein Gerät, auf dem XCSoar läuft.
Wir möchten aber allen Piloten die Möglichkeit eröffnen, den LARUS Segelflugsensor einzusetzen, unabhängig davon ob bereits XCSoar oder ein OpenVario an Bord ist. Deshalb arbeiten wir an separaten Rundinstrumenten, die alle Informationen aus dem LARUS-Segelflugsensor übersichtlich und optisch ansprechend präsentieren. Die Markteinführung ist noch in diesem Jahr geplant.
Was bedeutet eigentlich LARUS?
Larus ist der Name für eine Möwen-Gattung, die mehrere der größten Möwen-Arten umfasst. Möwen sind nicht nur Experten für das Ausnutzen von Hangwind, sondern sie sind auch engagierte Thermikflieger. Ihre Sinnesorgane, Instinkt und lebenslange Übung machen Möwen zu einem Vorbild für uns Segelflieger. Die LARUS Segelflugsensoreinheit möchte uns Piloten die Sensoren und daraus abgeleitete präzise Informationen zur Verfügung stellen, die wir mangels geeigneter Sinnesorgane für das Segelfliegen benötigen: Geschwindigkeit und Höhe, Windrichtung und -Stärke, Steigen oder Sinken der umgebenden Luft.
Damit auch wir so viel wie möglich aus der Energie machen, die in der Atmosphäre steckt.
LARUS Lizenz
Die Larus Hardware ist lizenziert entsprechend Creative Commons NonCommercial Share-alike 4.0 International, die Larus Software entsprechend GNU General Public License v3.0.
Durch Lizenzgebühren wird eine langfristige Weiterentwicklung sichergestellt.
Einbau- und Bedienungsanleitung
Die aktuelle Version 1.31 (November 2023) der Anleitung für den Einbau und die Bedienung finden Sie hier!
Montage- und Bedienungsanleitung
Wie kann man die Dual-GNSS-Antennen in ein Segelflugzeug mit CFK-Struktur einbauen?
Kohlefaser ist elektrisch leitfähig und schirmt das GNSS-Signal ab. Einige Kohlefaser-Segelflugzeugebesitzen Bereiche der Rumpfröhre, die komplett aus GFK bestehen (z.B. bei der ASG29 über dem Gepäckraum). Falls im Rumpf des Segelflugzeugs wirklich überall Kohlefaser eingesetzt ist, so können die GNSS-Antennen nur im vorderen und hinteren Bereich der Haube installiert werden.
Sind alle Kabel und die Software im Lieferumfang enthalten?
Im Lieferumfang enthalten sind: Single GNSS oder Dual GNSS Antennen, Befestigungsschellen inkl. Schrauben, 1 m RJ45-Kabel zum Anschluss an OpenVario/XCNav/XCTouchNav, 4 GB Micro-SD-Karte.
Die Firmware ist vorprogrammiert und Software-Updates können mit einem USB-C-Kabel aufgespielt werden.
https://github.com/larus-breeze/sw_sensor
Kann man sich durch LARUS einen künstlichen Horizont anzeigen lassen? Ist es möglich, diese Funktion für Wettbewerbe zu blockieren?
LARUS stellt XCSoar AHRS-Daten zur Verfügung. Dieses AHRS ist nicht zertifiziert, das Flugzeug darf ausschließlich in VFR-Bedingungen fliegen! Im Moment gibt es keine Möglichkeit, das AHRS im LARUS Sensor zu deaktivieren. Wir arbeiten aber an einer Lösung.
Technische Daten
Spannungseingangsbereich: 9 bis 28V DC (RJ45), 5 V USB-C
Stromverbrauch @ 13 V DC: LARUS Essential 120 mA, LARUS DUAL-GNSS 150 mA
Schnittstellen: RS232 (x2) - RJ45 / CAN (x1) - RJ45 / Bluetooth - SMA umgekehrte Polarität / GNSS-Antenne - SMA normale Polarität / microSD
Schlauchtüllendurchmesser: 6 mm
Einsatztemperatur: -30°C bis +60°C
Abmessungen Gehäuse LARUS Essential: 145 mm x 79 mm x 28 mm (inkl. Antennenanschlüsse und Schlauchtüllen)
Abmessungen Gehäuse LARUS Dual-GNSS: 145 mm x 79 mm x 43 mm (inkl. Antennenanschlüsse und Schlauchtüllen)
Gewicht LARUS Essential: 300 g (inkl. GNSS-Antenne)
Gewicht LARUS Dual-GNSS: 630 g (inkl. 2 GNSS-Antennen)
Material: Gehäuse aus schwarz eloxiertem Aluminium
Kabellänge GNSS-Antennen: LARUS Essential 4 m, LARUS Dual-GNSS 5 m
